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定量稱綜述
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發(fā)布日期:[2011-05-11] 共閱[1773]次 |
定 量 秤 綜 述 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院 周祖濂 【摘 要】 文章的目的,對(duì)定量秤(重力式自動(dòng)裝料衡器的簡(jiǎn)稱)作簡(jiǎn)明扼要的介紹。首先定量秤的計(jì)量要求是以O(shè)IML建議R87《定量包裝商品凈含量》為依據(jù),所以使用定量秤稱量的包裝商品或定量商品的誤差必需滿足R87號(hào)建議對(duì)包裝商品的誤差要求。由于對(duì)定量包裝商品凈含量和重力式自動(dòng)衡器的誤差檢定方法的要求不一致,文中著重分析了兩個(gè)建議誤差統(tǒng)計(jì)分析方法,并指出zui終的要求是一致的。對(duì)三個(gè)不同版本的OIML R61《重力式自動(dòng)裝料衡器》的主要更改和誤差表示作了分析和講解,并且指出物料和下料裝置的研究是提高我國(guó)定量秤品質(zhì)的關(guān)鍵。附錄給出1985年版R61的誤差計(jì)算的實(shí)例。 【關(guān)鍵詞】 OIML建議R87號(hào)《定量包裝商品凈含量》;OIML建議R61《重力式自動(dòng)裝料衡器》;置信度;抽樣檢驗(yàn);誤判概率 定量秤是重力式自動(dòng)裝料秤的簡(jiǎn)稱,它包含下述三種自動(dòng)裝料秤:組合裝料秤(Associative Weigher、Selective Combinaticn Weigher)、累計(jì)裝料秤(Cumulative Weigher)和減量秤(Subtractive Weigher)。早在上世紀(jì)七、八十年代,歐美國(guó)家的消費(fèi)者就有百分之九十左右購(gòu)買(mǎi)預(yù)包裝商品。現(xiàn)今預(yù)包裝商品也是國(guó)內(nèi)消費(fèi)者購(gòu)物的主要對(duì)象。所以保證預(yù)包裝商品的重量,是維護(hù)消費(fèi)者權(quán)益的重要課題。定量秤的zui主要要求,就是必須使被包裝商品的凈含量的誤差控制在允許的負(fù)偏差內(nèi)。根據(jù)我國(guó)《定量包裝商品計(jì)量監(jiān)督規(guī)定》的第五條,“單件定量包裝商品的凈含量與其標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量、體積之差不得超過(guò)表(一)規(guī)定的負(fù)偏差……。”該要求與OIML R87號(hào)《定量包裝商品凈含量》建議的要求相等同。 一、OIML R87“定量包裝商品凈含量”建議 “本建議對(duì)于貿(mào)易中加注標(biāo)簽,具有恒定凈含量標(biāo)注的包裝商品規(guī)定了法制計(jì)量要求。該建議還提出了抽樣辦法來(lái)檢驗(yàn)以質(zhì)量或體積標(biāo)注的包裝品的凈含量。” 需要包裝的商品由于品種千變?nèi)f化、價(jià)格差別也極大。因此要制定一個(gè)大家能接受的標(biāo)準(zhǔn)是非常困難的工作。在制定統(tǒng)一的預(yù)包裝商品的計(jì)量允差規(guī)定之前,大多數(shù)國(guó)家早已對(duì)零售商品規(guī)定了計(jì)量允差,其規(guī)定主要是依據(jù)商品的價(jià)格。而對(duì)于預(yù)包裝商品還需考慮到難易包裝的程度。例如,早先歐洲共同體(EEC)對(duì)于預(yù)包裝商品的允差限有一簡(jiǎn)單的規(guī)定,分為計(jì)量“容易”和計(jì)量“困難”兩類,每類又分兩個(gè)等級(jí)。 根據(jù)價(jià)格、重量制定包裝物品凈含量的允差限,是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題。各國(guó)對(duì)需售商品早已制定了有關(guān)的規(guī)定。隨著預(yù)包裝商品逐漸成為消費(fèi)的購(gòu)買(mǎi)對(duì)象。自動(dòng)包裝秤得到了很大發(fā)展和普遍使用。有必要制定一個(gè)大多數(shù)國(guó)家都能認(rèn)可的預(yù)包裝商品凈含量允許zui大誤差的標(biāo)準(zhǔn)。作為自動(dòng)包裝秤/機(jī)械的允差依據(jù)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。 OIML R87“包裝商品凈含量”中推薦檢驗(yàn)商品是否合格的抽樣方法:對(duì)于一批商品中至少有150個(gè)件(在生產(chǎn)線上,一“批”指一個(gè)小時(shí)生產(chǎn)出的產(chǎn)品)。 抽樣件數(shù):32件; x平均含量要求:≥Qn-0.485S(Qn:標(biāo)稱凈含量;S:標(biāo)準(zhǔn)偏差); 不合格包裝件數(shù)要求:zui多2件; ≈32平均含量按ISO 2851(平均含量與給定值之比),取t(31)/0.9950.485,還給出了對(duì)單件商品允差大批量商品抽樣檢驗(yàn)的要求。 二、OIML R61號(hào)建議 OIML R61“重力式自動(dòng)裝料衡器”是用來(lái)規(guī)范自動(dòng)稱重包裝商品裝置的性文件。 法制計(jì)量組織(OIML)始終把預(yù)包裝商品的管理工作,視為是非常實(shí)用的重要研究課題。1988年6月在瑞士的伯爾尼召開(kāi)了專門(mén)的討論會(huì)。OIML的第七指導(dǎo)秘書(shū)處(SP7:美國(guó))所屬的第五報(bào)告秘書(shū)處(Sr:英國(guó)),在1984年提出了“重力式自動(dòng)裝料衡器”的草案版本,于1985年公布了正式文本。并在1996年和2004年做了修訂。我國(guó)依照1996年版制定了我國(guó)相關(guān)的檢定規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)正依照2004年版對(duì)原規(guī)程進(jìn)行修訂。 下面看看這三個(gè)版本在計(jì)量要求等方面的不同。表一給出OIML R87和1985年版OIML R61允差。首先由表可看出1985年版R61給出的“允差”是標(biāo)準(zhǔn)凈含量允差的兩倍。另外1985年版R61對(duì)允差術(shù)語(yǔ)的定義和描述與后來(lái)兩個(gè)版本不太相同。為了便于比較下面列出1985年版R61中有關(guān)的術(shù)語(yǔ)。 “離散范圍:在不變動(dòng)裝料秤的安裝狀態(tài),以及不故意地改變影響量的情況下,所獲得的zui大負(fù)荷和zui小負(fù)荷之間的差”。 表1 OIML R87 OIML R61(1985年版) 標(biāo)準(zhǔn)凈含量 允差 負(fù)荷質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值 zui大允許離散范圍 (g) (T) M(g) (I) 5~50 9% M≤50 18% 50~100 4.5g 50<M≤100 9g 100~200 4.5% 100<M≤200 9% 200~300 9g 200<M≤300 18g 300~500 3% 300<M≤500 6% 500~1000 15g 500<M≤1000 30g 1000~10000 1.5% 1000<M≤10000 3% 10000~15000 150g 10000<M≤20000 300g 15000~25000 1.0% 20000<M 1.5% 其約定值等于4σ0(從-2σ0到+2σ0),σ0等于負(fù)荷分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差。 標(biāo)稱離散范圍(W):對(duì)于特定的標(biāo)稱負(fù)荷或者特定的標(biāo)稱負(fù)范圍,以及對(duì)于特定的物料,在給定的裝料速率下,或者在給定的裝料速率范圍里,所確定下來(lái)的離散范圍值,它由制造廠商標(biāo)明在說(shuō)明性標(biāo)記中。 zui大允許離散范圍(I):能夠容許的zui大的離散范圍值。該值在本建議中作了規(guī)定。” 本建議中還規(guī)定當(dāng)物料的顆粒質(zhì)量大于表1中相應(yīng)離散值的四分之一時(shí),zui大允許離散范圍I 應(yīng)為(把表1中的值增大到)物粒標(biāo)準(zhǔn)顆粒質(zhì)量的3倍,但總計(jì)不應(yīng)超過(guò)負(fù)荷的名義質(zhì)量的18%。 另外,標(biāo)在裝料秤上的標(biāo)稱離散范圍W,不應(yīng)超過(guò)zui大允許離散范I,并要求I值: ——標(biāo)稱離散范圍W的三分之二(指型式批準(zhǔn)或檢定); ——標(biāo)稱離散范圍W(使用中)。 在該建議的附錄給出了離散范圍試驗(yàn)實(shí)例,通過(guò)它我們可以了解該建議在制定中是如何可誤差做估計(jì)。 該建議的zui大不足,不能適應(yīng)對(duì)各種類包裝物品允差的要求。另外在上世紀(jì)八十年代后期一些廠家推出了“多頭電腦組合秤”,這些都促使需要修定原來(lái)的建議,此后在1996年和2004年對(duì)OIML R61作了修訂。1996年版,zui突出的修改,提出了“開(kāi)放式精度級(jí)”的概念,以滿足各種包裝物品允差的要求并對(duì)測(cè)量結(jié)果的誤差,定義了更為直觀和明確的概念,如每次裝料的zui大允許誤差,zui大允許預(yù)設(shè)值誤差和zui大允許誤差。這兩個(gè)版本均對(duì)每次裝料量的zui允許偏差作了修改(參看表2)。但我們要特別注意,對(duì)于誤差估計(jì),如果不講明測(cè)量的條件和評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)誤差估計(jì)沒(méi)有意義,若將兩個(gè)沒(méi)有說(shuō)明評(píng)定和標(biāo)準(zhǔn)的誤差相比較,也同樣是沒(méi)有意義。 表2 裝料質(zhì)量 M或F 1996年版 X(1)級(jí)的每次裝料量與裝料平均值的zui大允許偏差MPD (M的百分率式克) 2004年版 X(1)級(jí)的每次裝料量與裝料平均值的zui大允許偏差MPD (F的百分率式克) (克) 檢定 使用中檢驗(yàn) 檢定 使用中檢驗(yàn) F≤50 50<F≤100 100<F≤200 200<F≤300 300<F≤500 500<F≤1000 1000<F≤10000 10000<F≤15000 15000<F 6.3% 3.15g 3.15% 6.3g 2.1% 10.5g 1.05% 105g 0.9% 9% 4.5g 4.5% 9g 3% 15g 1.5% 150g 1% 7.2% 3.6g 3.6% 7.2g 2.4% 12g 1.2% 120g 0.8% 9% 4.5g 4.5% 9g 3% 15g 1.5% 150g 1% 重力式自動(dòng)裝料衡器,通常認(rèn)為是動(dòng)態(tài)秤或自動(dòng)秤,實(shí)際上是屬于自動(dòng)準(zhǔn)靜態(tài)稱重秤,雖然在稱重過(guò)程中要考慮到粗料、細(xì)料的下料流程,落料沖擊動(dòng)量的影響等,但在決定物料重量的稱重過(guò)程,仍處于靜態(tài),而不像動(dòng)態(tài)汽車衡或動(dòng)態(tài)軌道衡,在決定物體重量的稱重過(guò)程,被稱物與稱重臺(tái)面有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為了保證重力式自動(dòng)裝料衡器的動(dòng)態(tài)精度,與其它衡器一樣,在1996年版的R61中,還歸定了一個(gè)參考準(zhǔn)確度等級(jí)Ref(x),用做型式評(píng)價(jià)中的靜態(tài)試驗(yàn)要求。但1996年版并不適用于對(duì)“多頭電腦組合秤”和裝料量由多個(gè)稱量周期來(lái)實(shí)現(xiàn)的衡器,也稱為“分量累積秤”。 在2004年版OIML R61中,為了能適應(yīng)上述兩種自動(dòng)裝料衡器的計(jì)量評(píng)定。提出了兩項(xiàng)計(jì)量特性,即T、3、9額定zui小裝料量(Minfill)和T、3、10每次裝料的平均載荷數(shù)(Average number of loads per fill)。多頭電腦組合秤和裝料量由多個(gè)稱量周期來(lái)完成的衡器,在確定裝料結(jié)果的精度時(shí),所涉及的基本問(wèn)題,即一是確定單位稱重的zui小稱量限,二是確定達(dá)到總額定裝料量的單秤的組合數(shù)。所以在2004年版R61建設(shè)中,首先依照R76建設(shè),確定與額定zui小裝料量(Minfill)的zui大允許分度值d,為了讓初接觸此項(xiàng)參數(shù)的人,有一明確、直觀的了解,列出了四個(gè)X(x)級(jí)別的與d值對(duì)應(yīng)的Minfllzui小允許值。其次認(rèn)為多次組合累積稱重的各單次稱重是相互天關(guān)的,組合累積的影響可按隨機(jī)誤差組合來(lái)估計(jì),即為單次稱重誤差的n倍,n為組合數(shù)。zui后一處,較明顯的更改(A、5、3、5)是對(duì)“置零裝置不是自動(dòng)稱量固稱量周期的一部分而是以的時(shí)間間隔來(lái)運(yùn)行”的裝料衡器,規(guī)定了確定zui大允許時(shí)間間隔的要求和確定方法。 三、誤差解讀 做為自動(dòng)衡器和動(dòng)態(tài)衡器的誤差表述要比非自動(dòng)衡器涉及更多有關(guān)概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的概念。我們?cè)诶斫夂陀懻撨@些衡器的誤差時(shí),是能了解上在討論這些衡器建議時(shí)的誤差描述。遺憾的是我們很少有機(jī)會(huì)參這樣的會(huì)議,即使有人參加過(guò),也不見(jiàn)或極少能帶回這方面的資料。我現(xiàn)在所掌握這方面較評(píng)細(xì)的有關(guān)資料中與R61號(hào)建議有關(guān)的,只有1985年版建議附錄的舉例使能較詳細(xì)的了解對(duì)誤差具體估計(jì)實(shí)例。 對(duì)于包裝商品的定量是否合格,都是采用所謂的隨機(jī)抽樣檢驗(yàn)。不是逐個(gè)對(duì)全部(整批)商品進(jìn)行逐一檢驗(yàn),而是通過(guò)檢驗(yàn)其中的一部分來(lái)判斷全部商品是否合格。隨機(jī)抽樣,也稱為“簡(jiǎn)單抽樣”,在抽樣時(shí)要盡量做到對(duì)一批商品進(jìn)行抽樣時(shí),對(duì)每一商被抽到的可能性是同等的。被抽到商品稱為樣本。 由于樣本的隨機(jī)性,根據(jù)不同樣本的觀察值對(duì)總體作出判斷所作結(jié)論可能不同。 對(duì)于一批商品采用抽樣,就存在著風(fēng)險(xiǎn),為此我們先表述一下,有關(guān)抽樣結(jié)果合格或不合格,在概率和數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的有關(guān)數(shù)學(xué)概念。 對(duì)于合格批,由于可能抽出較多不合格件,而判為不合格,即拒收,稱為犯*種錯(cuò)誤,即將真判為假,對(duì)供貨方不利,此種誤判概率記α,α越小,其判假的概率越小。 對(duì)于不合格批,由于可能抽出較少不合格件,即接收,稱為犯第二種錯(cuò)誤,即將假判真,對(duì)購(gòu)貨方不利,此種誤判概率記為β,β越小假判真的概率越小,對(duì)購(gòu)貨方有較好的保護(hù)。對(duì)商品而言,為了保護(hù)消費(fèi)者的利益,β值應(yīng)取得較小。一般α、β取0.05~010。 在OIML R87建議《定量包裝商品凈含量》中,對(duì)包裝商品的計(jì)量規(guī)定允許的負(fù)偏差量外,還對(duì)抽樣方法給出了推薦的實(shí)例,由于對(duì)商品的要求不同,在實(shí)際判斷商品的合格率時(shí),不可能按統(tǒng)一的抽樣要求,即批量的件數(shù),樣本大小,拒收概率等。根據(jù)抽樣定律,n為抽取樣本的件數(shù)。N為批量,其中廢品率為p,廢品件數(shù)為D,(D=np)。d為抽取n件中出現(xiàn)的廢品數(shù),則不出現(xiàn)廢品的概率為: )!(·!)!(·)!(nDNNnNDN−−−−P(x=0)= 出現(xiàn)一件廢品的概率為: )0(·1·=+−−xPnDNnD P(x=1)= 出現(xiàn)更多廢品件數(shù)的概率可按上述方法遞推求出。 而對(duì)重力式自動(dòng)裝料秤,所包裝的物品,是否滿足每次裝料的zui大允許偏差(MPD)的估計(jì)與R87的規(guī)定有所差異。其中與1985版R61的規(guī)定zui接近R87的規(guī)定。在抽樣時(shí),規(guī)定了批容量(N),樣本量(n),在1996年版機(jī)2004年版的規(guī)定和估計(jì)計(jì)算就簡(jiǎn)單得多,對(duì)不同預(yù)裝料量要求不同的試驗(yàn)裝料次數(shù),參看表2。從表中可以看出它們與1985年版和商品抽取的zui大不同在于沒(méi)有說(shuō)明是在多大數(shù)量的批量數(shù)中抽取所給出的樣品數(shù)。這表明兩者對(duì)商品合格率的判斷的估計(jì)是有差別。但是我們可以看到若用1985年版近以商品抽樣來(lái)對(duì)重力式自動(dòng)裝料秤的測(cè)試結(jié)果來(lái)計(jì)算是非常麻煩的一件事。(參看附錄)。 表3 2004年版 1996年版 1985年版 樣本量 預(yù)設(shè)值 試驗(yàn)裝料 裝料值 試驗(yàn)裝料 批容量(N) (n) Fb(kg) 次數(shù) m(kg) 次數(shù) Fb≤1 1<Fb≤10 10<Fb≤25 25<Fb 60 30 20 10 m≤10 10<m≤25 25<m≤100 100<m 60 32 20 10 10 41~65 15 66~110 20 111~180 28 181~300 30 301~500 較低的允差限* 35 501~800 物品的 可計(jì)量性 Tu 2Tu 40 801~1300 《容易》 * B=2* 50 1301~3200 《困難》 B=2* 2B級(jí) 60 3201~8000 《極難》 — 2B級(jí) 90 8001~22000 150 22001~110000 *歐共體(EEC)對(duì)預(yù)包裝商品允差的簡(jiǎn)單規(guī)定(1985年) 200 110001< 對(duì)重力式自動(dòng)裝料衡器另一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)是,預(yù)置值誤差(Preset Value error)Se。它是全部裝料的平均值(ΣF/n)與裝料預(yù)置值(F)之差。 p Se=ΣF/n-Fp 根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué),對(duì)于一組樣本數(shù)據(jù)的平均值與真值間的偏差,也是隨機(jī)的,可根據(jù)樣本的數(shù)值的樣本的方差S2來(lái)估計(jì)。此時(shí)Se滿足t分布。對(duì)于給定的概率值即“置信度為”,1-α(0<α<1)情況,可求得平均值對(duì)于真值的“置信區(qū)間”。由下式求出: )1(~/2−−=ntnSFFTP )1(21−−ntα。由此可得F1-α稱為“置信度”。根據(jù)t分布表查出。相應(yīng)的臨界值p的置信度為1-α的置信區(qū)間: nSntF/·)1((221−−−αnSntF/·)1((221−+−α,) 1996年版和2004年版要求,對(duì)于X(x)精度級(jí)的zui大允許預(yù)置誤差MPSE等于裝料置為F(x)p,使用中MPD的0.25倍,即 (x) MPSE(x)=0.25MPD(λ)(使用中) MPD為每次裝料相對(duì)其平均值的zui大允許偏差。 在前面我們已提到,按1985年版,對(duì)裝料平均值的離散范圍要求是: w3232ω<λ≤I 型式批準(zhǔn)和檢定 ω≤I 使用中, W<λ λ為樣本容量的函數(shù)(參看附錄) 根據(jù)表1和表2對(duì)于不同裝料量Fp式m,不僅相應(yīng)的zui大允許偏差不同,而且在檢驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)裝料數(shù)也不同。我們?cè)谠O(shè)計(jì)重力式自動(dòng)裝料衡器時(shí),需要根據(jù)它來(lái)確定下料裝置物料的離散度,物料顆粒的大小,細(xì)投料的總量和投料時(shí)間,控制表的分度值等。 以上我們講述了判斷一批商品是否合格的要求和檢驗(yàn)方法(按OIML R87號(hào)建議),是建立在隨機(jī)抽樣檢驗(yàn)基礎(chǔ)上,我們前面講過(guò)除了對(duì)一批商品逐個(gè)檢驗(yàn),否則由于抽樣的隨機(jī)性,根據(jù)抽樣結(jié)果來(lái)判斷該批商品合格都存在風(fēng)險(xiǎn)。所以在不給定風(fēng)險(xiǎn)概率,即拒收概率α式接收概率β的前提下,來(lái)判斷該批商品是否合格是沒(méi)有意義的。通常為了對(duì)購(gòu)貨方判斷商品是否合格,在檢驗(yàn)時(shí),選取接收概率β。用c表示允許廢品的件數(shù)式接收界限,當(dāng)d≤c時(shí),可判該批商品合格,其接收概率為: Σ=+−−−−−==cddDnNdndNnNDNDnpL0)!(·)!(·!·!)!·)··!)(?。?beta; 在給定β式L(p)的條件下,由N和n就可求廢品率p,而(1-p)為該批商品的合格率。 另一方面,對(duì)重力式自動(dòng)裝料衡器的兩個(gè)主要檢定技術(shù)要求,每次裝料的zui大允許偏差(MPD)和預(yù)置值誤差Se?,F(xiàn)在要考慮的是,滿足這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的自動(dòng)裝料衡器所生產(chǎn)的產(chǎn)品是否能滿足商品檢驗(yàn)的要求。 從一定批量中抽多少樣品數(shù),才合理,需要服合統(tǒng)計(jì)學(xué)的要求。例如對(duì)于批量N=15000合理的樣本大小為n=5~500。如果我們的OIML R61中zui大檢驗(yàn)裝料數(shù)60來(lái)計(jì)算接收誤判概率β。設(shè)商品的合格率為1-p=90%,即p=D/N,D=1500件。由此計(jì)算抽樣60次時(shí)出現(xiàn)不合格品為1件和一件也不出現(xiàn)的接收誤判概率β(或P)分別為: P(x=0)=0.01g和P(x=1)=0.119 對(duì)于裝料秤,根據(jù)裝料平均值與預(yù)置值“置信區(qū)間”的結(jié)果,以前面的抽樣估計(jì)比較。 )1(/2−−−ntnSFFp MPD41pFF−0010.2)59(1=−αt≤,n=60,查t分布表,置信度為1-α=0.95時(shí) 根據(jù)要求 MPDS≅得: 從另一方面,R61號(hào)建議規(guī)定每次裝料的zui大允許偏差MPD,正好與算出的單次誤差S相等。 可見(jiàn)以樣本數(shù)n=60的情況來(lái)比較R87和R61號(hào)建設(shè)的估計(jì)是一致的。即根據(jù)R61號(hào)建議檢定合格的定量秤,稱量出的商品可滿足R87建議對(duì)定量包裝商品抽樣驗(yàn)收的要求。 四、制造定量秤的要點(diǎn) zui早制造的定量秤,其主導(dǎo)思想是“定量稱量自動(dòng)秤是為了生產(chǎn)可預(yù)先調(diào)定的均勻裝料量而開(kāi)發(fā)的,它可以自動(dòng)地定量稱量從若干克(例如種子,調(diào)味品等)到噸級(jí)以上(例如散料貨物)的設(shè)定料量。”這樣的定量秤從一開(kāi)始就認(rèn)識(shí)到對(duì)不同物性的物料所能控制的允差有較大的差異。早先的“預(yù)包裝品規(guī)定”把物料分為*和B級(jí)(表2)。并按物料的結(jié)塊重量來(lái)確定自動(dòng)定量稱量的誤差限。 重力式自動(dòng)裝料衡器,大體上可分為以下幾個(gè)部分:給料裝置,稱量裝置(包括放料機(jī)構(gòu))和控制儀表。以往在我國(guó)主要是關(guān)注控制儀表的發(fā)展。對(duì)重力式自動(dòng)裝料衡器其它方面技術(shù)的研究非常少。對(duì)被稱物料的物理性能的研究也很少。 1、物料特性 重力式定量自動(dòng)裝料衡器,面臨的是各式各樣的預(yù)包裝物品,這些物品的物理特性千變?nèi)f化。因此不可能用一臺(tái)或一種型式的定量衡器來(lái)滿足對(duì)各種物品包裝準(zhǔn)確度的要求。為此在OIML R61建議中強(qiáng)制性規(guī)定“裝料衡器應(yīng)具備被稱量的物料標(biāo)示”,“裝料衡器所標(biāo)示的物料,等級(jí)或工作參數(shù)要明確與相應(yīng)的物料一致”。 物料的主要特性:粒度、密度、休止角(散料堆積角)、壁面摩擦角、流動(dòng)性等。 首先物料的粒度大小是zui直觀影響稱量精度。在OIML R61號(hào)建議有如下規(guī)定:“當(dāng)參考顆粒質(zhì)量超過(guò)使用中檢驗(yàn)每次裝料zui大允許偏差(MPD)的0.1倍時(shí),從MPD表得出的數(shù)值應(yīng)加上參考顆粒質(zhì)量的1.5倍。但是,MPD的zui大值不得超過(guò)等級(jí)因子(x)乘以9%”。由此可看出物料對(duì)定量秤精度的影響是不可忽視的因素,一臺(tái)定量秤只要在物料的顆粒重量在其MPD值附近就可能對(duì)稱量結(jié)果產(chǎn)生明顯的影響,并且根據(jù)這樣的要求,當(dāng)顆粒重量超過(guò)1.1MPD時(shí),只有200<F≤300以上量程的衡器才可使用。 2、給料裝置 給料裝置是重力式自動(dòng)裝料衡器的核心技術(shù),只有當(dāng)給料裝置能滿足對(duì)給料的均勻饋送度,控制裝料的精度等,才有可能保證裝料衡器的精度。在我國(guó)zui常用的給料裝置有振動(dòng)槽給料器,螺旋給料器和閘門(mén)式給料裝置。為了保證給料的精度和速度通常采用粗料流和細(xì)料流兩步饋料,即快給料和慢給料兩個(gè)過(guò)程。有的還多一步,即所謂的“滴流(dribble)給料”,共三段流程。通常為了兼顧速度和精度、粗流與細(xì)流的比例一般應(yīng)高于1∶10。由于定量包裝料要面對(duì)的是各種物料、僅就以上三種給料裝置是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,既使是以上三種給料裝置,也是根據(jù)物料的特性來(lái)設(shè)計(jì)。例如振動(dòng)槽給料時(shí),要跟物料的特點(diǎn),給料率來(lái)決定它的頻率、振幅、槽寬和傾角。對(duì)螺旋給料裝置在國(guó)外的定量秤中更是有各式各樣根據(jù)物料特點(diǎn)設(shè)計(jì)的螺旋構(gòu)造。對(duì)于給料量大的定量秤,也可采用皮帶給料裝置。下面一些給料裝置,可提供讀者在使用時(shí)選擇: ·柔性壁給料器(Flexwall feeder):適用于多種給料如粉狀、顆粒、片狀以及草狀纖維狀等流動(dòng)性不好的物料具有很高的饋送精度,且無(wú)堆積、無(wú)搭橋、無(wú)沉積。也可做為減量秤的儲(chǔ)料斗。結(jié)構(gòu)新穎。在有關(guān)文章中還介紹了如何設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。 ·半球形振動(dòng)給料器(Bin Activator):適合于倉(cāng)形儲(chǔ)料器,可用于各種散料、甚至流動(dòng)性不好的物料。不搭橋、不損壞物料、由于是振動(dòng)排料、可使散料的密度均勻。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 為了適應(yīng)各種物料,還有各種各樣的給料裝置,可以說(shuō)給料裝置的設(shè)計(jì)對(duì)定量包裝秤和配料秤而言的設(shè)計(jì)工程師給予了廣擴(kuò)的發(fā)揮想象的空間。多斗組合式定量秤也是對(duì)給料裝置反向思維的一個(gè)很成功的設(shè)計(jì)。實(shí)際上一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的工程師,根據(jù)細(xì)給料的精度就可估計(jì)該臺(tái)定量包裝秤的精度。 3、稱重裝置 定量包裝秤的稱重裝置基本結(jié)構(gòu)是帶有放料閘門(mén)的稱料斗。對(duì)稱料的設(shè)計(jì)一般講要注意以下諸因素:如果被稱物料流動(dòng)性差稱料斗的出料口和料斗橫截面積之比就必越大,在料斗內(nèi)裝有石棉纖維類,下料很困難的情況,甚至可能料斗出口處的橫截面大于料斗本身的截面。設(shè)計(jì)出料口和料斗尺寸的主要參數(shù)是壁面摩擦角和散料堆積角,以及物料的密度。容量出口接管的角度應(yīng)當(dāng)以足夠的大超過(guò)壁面摩擦角,使物料不會(huì)粘附在容器壁面。散料堆積角和物料密度決定了料斗的容量。在國(guó)外的工程師通過(guò)大量物料試驗(yàn),對(duì)物料進(jìn)行分類,并以此確定料斗的設(shè)計(jì)方法。 4、控制儀表 對(duì)于定量包裝秤的控制儀表,至少需要具有那些基本要素:首先是控制粗料流和細(xì)料流的時(shí)間、空中物料下落的時(shí)間“飛料時(shí)間”,根據(jù)物料給料的離散性確定取樣速率以及能夠處理下落沖量的修正。 至以電子線路部分,如今的A/D變換器和CPU足夠滿足絕大部分的定量包裝秤的要求。 可根據(jù)下面的計(jì)數(shù)來(lái)估計(jì)控制儀表所需的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)精度。 UT=稱重?cái)?shù)據(jù)的更新時(shí)間 IR=內(nèi)分度數(shù) FA=細(xì)投料的總量 FT=細(xì)投料的時(shí)間 WI=要求的zui大稱量增量 RLT=傳感器的總的標(biāo)稱容量 FS=秤的滿量程 由此可得: ·FR=秤的滿量程分辨率 =FS×IR/RLT ·CI=zui大對(duì)比時(shí)間間隔 滿足靜態(tài)精度的條件:所要求的zui大稱重增量應(yīng)小于儀表的有效計(jì)數(shù)值/分度值 CtS/W1=WI×FS×IR/RLT =WI×FR/FS>1 滿足動(dòng)態(tài)精度的條件:所需要的zui大稱重增量(WI)應(yīng)大于單位稱重?cái)?shù)據(jù)的修正時(shí)間(UT)內(nèi) 的附加稱重量(dw)或需要的zui大對(duì)比時(shí)間間隔(CI)應(yīng)大于修正時(shí)間(UT)。 WI/dw=WI×FT/FA×UT =CT/UT>1 有的控制儀表還能給出被稱量定量物品的均質(zhì)和均方誤差值。當(dāng)測(cè)量值偏離預(yù)置值可用來(lái)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正,提高包裝精度。 五、結(jié)束語(yǔ) 曾寫(xiě)過(guò)一篇“皮帶秤綜述”,現(xiàn)又寫(xiě)了本文,由于工作時(shí),有點(diǎn)條件可以得到一些資料,退休后有點(diǎn)時(shí)間,根據(jù)自己的水平將其整理出來(lái),希望能對(duì)收集資料較困難的對(duì)衡器有興趣的讀者起到一點(diǎn)參考作用,就很滿足。 附錄 A.1 離散范圍試驗(yàn)舉例 圖1給出了一份試驗(yàn)報(bào)告表的示例,它包含了一臺(tái)裝料秤的一系列離散范圍試驗(yàn)中所獲得的結(jié)果。 該裝料秤的特性如下: zui大秤量:Max=100g 標(biāo)稱負(fù)荷:M=80g 標(biāo)稱離散范圍:w=5g 裝料速率:每小時(shí)2000件 依據(jù)表2(見(jiàn)11.1.1表)從容量N=2000的批中抽取容量n=50的樣本,N是該裝料秤一小時(shí)內(nèi)生產(chǎn)的負(fù)荷數(shù)量。 該樣本又被分成10個(gè)分組,每分組5個(gè)負(fù)荷,而每個(gè)分組的極差已經(jīng)確定(w到w10);樣本的平均極差ww也已算出,從而把離散范圍的估計(jì)值λ同標(biāo)稱值(W)和zui大允許離散范圍(I)進(jìn)行比較。 試驗(yàn)記錄表中也指明: 4I——作為標(biāo)稱負(fù)荷M的函數(shù)的zui大允許離散范圍I(當(dāng)物料的標(biāo)準(zhǔn)顆粒質(zhì)量μ大于時(shí),I可增大到3μ);和 ——作為樣本容量n的函數(shù)的λ值。 A.2 離散范圍的估計(jì) A.2.1 生產(chǎn)者的風(fēng)險(xiǎn)(α) 假定離散范圍等于負(fù)荷分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差的4倍。則實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)偏差σ0等于W/4(W為裝料秤上標(biāo)明的標(biāo)稱離散范圍)的裝料秤,將以很大的概率(1-α)獲得通過(guò)離散范圍的試驗(yàn),假設(shè)σ為試驗(yàn)獲得的標(biāo)準(zhǔn)偏差,則概率: Pr[σ≤σ0]=1-α α值代表有錯(cuò)誤的假設(shè),即≥σ0的風(fēng)險(xiǎn),也就是拒絕一臺(tái)能在合格范圍內(nèi)工作的裝料秤的風(fēng)險(xiǎn)。α值一般為2.5%。 A.2.2 λ的計(jì)算 202)1(σ−n由n件負(fù)荷的隨機(jī)抽樣樣本,得出總體標(biāo)準(zhǔn)偏差σ的估計(jì)值s,*,量0服從n-1個(gè)自由度的x2分布律,其概率 anSnPar−≤??????−≤−11,)1(2202χσ 2022)/(σωdrω當(dāng)不計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差的估計(jì)值S,而用平均拯差作為離散參數(shù)時(shí),量服從自由度為γ的χ2分布律。 d2和γ值由表4給出,它們是分組的數(shù)目和每個(gè)分組的容量(此處等于5)的函數(shù)。 []a<dPar−=??????1/22022νχσων 因此 a<dPa、r−=??????1·)(202222σωχνν 式者 設(shè)σ0=W/4 a<WdPa、r−=??????1422ωχνν 224νχνλa、d= 則概率 引入 []a<WPr−=1ωλ 相應(yīng)于表2和表3的容量為n的樣本,其λ值的計(jì)算結(jié)果于如表4。 表4 樣本容量 2νχa、 分組數(shù) ν d λ 2 (n) 1.11 16.78 2.40 7.5 2 10 1.19 22.06 2.38 11.1 3 15 1.24 27.08 2.37 14.7 4 20 1.28 32.06 2.36 18.4 5 25 1.32 36.78 2.35 22.0 6 30 1.34 41.41 2.35 25.6 7 35 1.36 46.10 2.35 29.3 8 40 1.40 54.55 2.34 36.5 10 50 1.42 63.34 2.34 43.7 12 60 1.47 89.15 2.33 65.4 18 90 1.52 139.18 2.33 108.9 30 150 1.54 179.8 2.33 145.1 40 200 圖1試驗(yàn)記錄表 重力式裝料秤 試驗(yàn)結(jié)果 日期: 牌號(hào): 單位: 型式: 安裝地點(diǎn): zui大秤量(Max):100g oN: 型式批準(zhǔn)號(hào) 物料: 標(biāo)稱負(fù)荷M=80g 標(biāo)準(zhǔn)顆粒質(zhì)量μ: 裝料速率/稱量時(shí)間:2000件/小時(shí) 1 80 82* 2 78* 80* 3 79 w1=3g 81 w6=2g 4 81* 82 5 79 80 6 78 79 7 81* 82 8 80 w2=4g 83* w7=4g 9 79 82 10 77* 80 11 78* 79* 12 79 81* 13 80 w3=3g 81 w8=2g 14 81* 81 15 79 79 16 78* 78* 17 80 80 18 80 w4=4g 82* w9=4g 19 81 81 20 82* 79 21 81 78* 22 80* 80 23 81 w5=4g 81* w10=3g 24 82 79 25 84* 78 ωω 平均極差=3.20g λ≤W 合格 X 判定 ωω λ=1.40λ=4.62g W<λ≤I 拒絕 (使用中) ω 標(biāo)稱離散W=5g λ>I 修改 zui大離散**I=9g 拒絕 n 10 15 20 25 30 35 40 50 60 90 150 200 λ 1.11 1.19 1.24 1.28 1.32 1.54 1.36 1.40 1.42 1.47 1.52 1.54 M 0 50g 100g 200g 300g 500g 1kg 10kg 20kg I** 18%(M) 9g 9%(M) 18g 6%(M) 30g 3%(M) 300g 1.8%M *每個(gè)分組的zui大值和zui小值 **當(dāng)μ>I/4時(shí),增加到3μ,但不超時(shí)18%(M) ***對(duì)于型式批準(zhǔn)和檢定,判定的依據(jù)為2W/3和2I/3 注:附錄:譯自1985年版OIML R61的附錄。 |
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